CN111999559A - 一种基于双adc的数字化线性相位比对方法 - Google Patents

一种基于双adc的数字化线性相位比对方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于测量领域，涉及无线电测量以及精密时间频率比对，确切讲是一种基于双ADC的数字化线性相位比对方法，本发明在直接数字化线性相位处理的基础上，使用两路数据采集对具有正交关系的信号进行采集，将线性区与死区之间的
Figure DDA0002654755960000011
附近的区间作为检相区间，将由于输入信号幅值带来的影响进行抵消，实现高精度的相位比对和处理。它提供了一种结构简单、成本低、分辨率高，能够大幅度的降低幅值噪声和线路噪声的基于双ADC的数字化线性相位比对的方法。

Description

一种基于双ADC的数字化线性相位比对方法
技术领域
本发明属于测量领域，涉及无线电测量以及精密时间频率比对，确切讲是一种基于双ADC的数字化线性相位比对方法。
背景技术
直接数字相位处理的线性相位比对方法是用于基准频率源的频率及频率稳定度的测量、相位的比对和相位变化检测的高分辨率测量方法。在单ADC数字化线性相位比对方法的基础上，提出的双ADC 数字化直接线性相位比对方法。目前，国际上公认最好的相位比对方法是双混频器时差测量方法(DMTD)，尤其是数字的DMTD方法确实具有很高的测量分辨率，该方法利用中介源分别与参考信号及被测信号同时混频并经过一个低通滤波器，产生差拍频率信号，测量差拍信号的相位差，进而获得输入信号的相位差、频率和频率稳定度。双混频时差测量方法总共采用了三个频率源，分别为被测源、参考源和中介源，其中参考源与被测源信号的频率标称值需要相同。本发明提出的基于双ADC的数字化线性相位比对的方法，与DMTD相比，不需要中介源，直接完成被测信号和参考信号的比对，可以采用频率标称值不同的被测信号和参考源，实现高分辨率的相位比对、频率及频率稳定度测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、成本低、分辨率高，能够大幅度的降低幅值噪声和线路噪声的基于双ADC的数字化线性相位比对的方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于双ADC 的数字化线性相位比对方法，其特征是：
具体步骤如下：
(1)将被测信号分成两路，一路保持原来的频率和波形作为被测模拟量的第一输入信号；
(2)被测信号另一路经移相电路进行移相，作为模拟量的第二输入信号；
(3)将第一输入信号和第二输入信号分别送入具有AD转换电路的处理器中AD的输入端；
(4)具有AD转换电路的处理器选取频率为被测信号频率标称值的n倍的参考信号作为两个AD转换电路的公共采样时钟信号，n 为正整数；
(5)具有AD转换电路的处理器分别对各自输入的信号同时进行采集，完成
Figure RE-GDA0002724628460000021
附近的区间的数据的挑选和初步处理，将采集到的有效采样值数据处理；
(6)具有AD转换电路的处理器对接收到的两组数据处理后，转换为被测信号和参考信号间的相位差值，得到消除幅值后的相位差值，利用相位差变化计算被测信号的频率和频率稳定度。
其中，步骤(6)中相位差值的计算方法为：将同一时刻采集的到电压值相比，再将其转换为相位差值。
所述的移相电路进行90°移相。
具有AD转换电路的处理器或为分立的两个器件，多路AD转换电路和处理器，或为集成AD转换电路和处理器。
n为正整数，当n越小时，测量响应时间越长；当n≥10时，测量响应时间缩短，采样间隔可以从被测输入信号的满周期开始采样。
本发明使用同一个时钟信号，采用两路ADC对第一输入信号和第二输入信号进行采样，时钟信号是被测信号对应频率的n倍，以保证连续在一起的n个时钟信号中总有一个工作在被测信号的
Figure RE-GDA0002724628460000031
附近的区间段。
如图1所示，n为正整数，当n越小时，测量响应时间越长；当 n≥10时，测量响应时间缩短，采样间隔可以从被测输入信号的满周期开始采样。
本发明的优点如下：
本发明在直接数字化线性相位处理的基础上，使用两路数据采集对具有正交关系的信号进行采集，将线性区与死区之间的
Figure RE-GDA0002724628460000032
附近的区间作为检相区间，将由于输入信号幅值带来的影响进行抵消，实现高精度的相位比对和处理。
1、该方法测量分辨率高。采用双路对称的结构，能够将两路对称的部分噪声抵消。
2、能够有效避免由于信号幅值噪声带来的影响。
3、在16位AD转换的情况下，测量分辨率可达10-13量级。
4、采集
Figure RE-GDA0002724628460000041
附近的数据作为有效数据，区间近似线性，避开了死区。
5、可以实现频率、相位差、频率稳定度的测量。
附图说明
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明实施例1电路原理图；
图2是本发明的采样区间波形示意图。
图3是本发明实施例2电路原理图。
图中，1、第一路AD转换器；2、移相电路；3、第二路AD转换器；4、处理器。
具体实施方式
实施例1
参阅图1和图2，被测信号f(x)被分成第一信号1b与第二信号2b；第一信号1b输入到第一路AD转换器1；第二信号2b输入到移相电路2进行移相，移相电路2输出送入第二路AD转换器3；第一路AD转换器和第二路AD转换器输出分别送到处理器4进行处理，处理器选取频率为被测信号频率标称值n倍的信号作为两个AD转换电路的采样时钟信号分别对各自的输入的信号进行采样，并把采集到的
Figure RE-GDA0002724628460000042
附近的区间的电压数据作为有效采样值送入到处理器，经处理器4处理得到被测信号与参考信号的相位差值分别是：
Figure RE-GDA0002724628460000051
Figure RE-GDA0002724628460000052
Figure RE-GDA0002724628460000053
Figure RE-GDA0002724628460000054
Figure RE-GDA0002724628460000055
A为被测信号和参考信号的幅值，f0为频率标称值，
Figure RE-GDA0002724628460000056
为相位的偏差值，t代表时刻，φ代表弧度。在此基础上利用公式 (6)和(7)，计算被测信号频率f和频率稳定度。
Figure RE-GDA0002724628460000057
f＝f0+Δf 式(7)
Figure RE-GDA0002724628460000058
其中，m为采样次数。Δf为平均频率偏差，τ为度量的平均时间，ΔT是在平均时间τ内的相位差的变化量。
由于参考信号是由被测信号经过移相90°后，其幅值和频率标称值相同，在电压值相比的这一步中，能够将幅值带来的大部分影响消除掉，测量的频率稳定度会更好。参考信号与被测信号公用一个高频率的时钟信号，这个时钟信号同时对两个信号进行采集，将采集到的处于
Figure RE-GDA0002724628460000059
附近的区间的数据作为有效采样值进行处理。
实施例2
参阅图1和图2，被测信号f(x)被分成第一信号1b与第二信号2b；第一信号1b输入到第一路AD转换器1；第二信号2b输入到移相电路2进行移相，移相电路2输出送入第二路AD转换器3；第一路AD转换器和第二路AD转换器输出分别送到处理器4进行处理，第一路AD转换器和第二路AD转换器和处理器4为一个集成单元，第一路AD转换器和第二路AD转换器作为处理器4的两路AD口，处理器4选取频率为被测信号频率标称值n倍的信号作为两个AD转换电路的采样时钟信号分别对各自的输入的信号进行采样，并把采集到的
Figure RE-GDA0002724628460000061
附近的区间的电压数据作为有效采样值送入到处理器，经处理器4处理得到被测信号与参考信号的相位差值分别是：
Figure RE-GDA0002724628460000062
Figure RE-GDA0002724628460000063
Figure RE-GDA0002724628460000064
Figure RE-GDA0002724628460000065
Figure RE-GDA0002724628460000066
因此可根据下面公式获得被测信号的频率值：
Figure RE-GDA0002724628460000067
f＝f0+Δf 式(7)
Δf为平均频率偏差，τ为度量的平均时间，ΔT是在平均时间τ内的相位差的变化量，A为被测信号和参考信号的幅值，f0为频率标称值，
Figure RE-GDA0002724628460000071
为相位的偏差值，t代表时刻，φ代表弧度，f为被测信号的频率值，在此基础上计算频率稳定度。
由于参考信号是由被测信号经过移相90°后，其幅值和频率标称值相同，在电压值相比的这一步中，能够将幅值带来的大部分影响消除掉，测量的频率稳定度会更好。参考信号与被测信号共用同一时钟信号，这个时钟信号同时对两信号进行采集，将采集到的处于
Figure RE-GDA0002724628460000072
附近的区间的数据作为有效采样值进行处理。
本发明方法采用双路对称的结构，能够将幅值噪声以及对称电路带来的大部分噪声抵消，从而降低了系统噪声。可以应用在周期性信号的相位变化、频率、频率稳定度、相噪的测量以及模块化的频率-相位控制等方面。

Claims (5)

1.一种基于双ADC的数字化线性相位比对方法，其具体步骤如下：
(1)将被测信号分成两路，一路保持原来的频率和波形作为被测模拟量的第一输入信号；
(2)被测信号另一路经移相电路进行移相，作为模拟量第二输入信号；
(3)第一输入信号和第二输入信号分别送入具有ADC转换电路的处理器ADC输入端；
(4)具有ADC转换电路的处理器选取频率为被测信号频率标称值的n倍的参考信号作为两个ADC转换电路的公共采样时钟信号，n为正整数；n为正整数，当n越小时，测量响应时间越长；当n≥10时，测量响应时间缩短，采样间隔可以从被测满周期开始采样；
(5)具有ADC转换电路的处理器分别对各自输入的信号同时进行采集，完成
Figure RE-FDA0002724628450000011
附近的区间的数据的挑选和初步处理，将采集到的有效采样值数据处理；
(6)具有ADC转换电路的处理器对接收到的两组数据处理后，转换为被测信号和参考信号间的相位差值，得到消除幅值后的相位差值，利用相位差变化计算被测信号的频率和频率稳定度。
2.根据权利要求1所述的一种基于双ADC的数字化线性相位比对方法，其特征是：所述的步骤(6)中相位差值的计算方法为：将同一时刻采集的到电压值相比，再将其转换为相位差值。
3.根据权利要求1所述的一种基于双ADC的数字化线性相位比对方法，其特征是：所述的移相电路进行移相为90°。
4.根据权利要求1所述的一种基于双ADC的数字化线性相位比对方法，其特征是：具有ADC转换电路的处理器或为分立的两个器件：多路ADC转换电路和处理器，或为集成ADC转换电路和处理器。
5.根据权利要求1所述的一种基于双ADC的数字化线性相位比对方法，其特征是：所述的步骤(6)中相位差变化计算被测信号的频率和频率稳定度是依据如下算法：
Figure RE-FDA0002724628450000021
Figure RE-FDA0002724628450000022
Figure RE-FDA0002724628450000023
Figure RE-FDA0002724628450000024
Figure RE-FDA0002724628450000025
Δf为平均频率偏差，τ为度量的平均时间，ΔT是在平均时间τ内的相位差的变化量，A为被测信号和参考信号的幅值，f0为频率标称值，
Figure RE-FDA0002724628450000026
为相位的偏差值，t代表时刻，φ代表弧度，
在此基础上计算被测信号的频率和频率稳定度：
Figure RE-FDA0002724628450000027
f＝f0+Δf 式(7)
Figure RE-FDA0002724628450000028
其中，m为采样次数。
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